结构物强度习题集

1、船舶与海洋工程结构物强度习 题 集哈尔滨工程大学 船舶工程学院2007年8月船舶与海洋工程结构物强度 思考题船舶强度部分1 依据“建造规范”与依据“强度规范”设计船体结构的方法有什么不同？它们各有何优缺点？2 为什么要将船体强度划分为“总强度”和“局部强度”？其中“局部强度”与“局部弯曲”的含义有何不同？3如何获得实际船舶的重量分布曲线？4说明计算船舶静水剪力、弯矩的原理及主要步骤。5.“静置法”对计算波浪的波型、波长、波高以及与船舶的相对位置作了怎样的规定？6按照“静置法”所确定的载荷来校核船体总纵强度，是否反映船体的真实强度，为什么？7依据q-N-M关系解释：在中拱和中垂波浪状态下，通常船

2、体波浪弯矩总是舯剖面附近最大。这一结论是否适用于静水弯矩？8在初步设计阶段，如何应用“弯矩系数法”来决定船体的最大波浪弯矩和剪力？9试设计依据“静置法”计算船舶波浪剪力、弯矩的计算机程序框图。10区别下列名词的不同含义：静水弯矩；波浪弯矩；波浪附加弯矩；砰击振动弯矩。11船体总纵强度的校核通常包括哪三项主要内容？12举例说明船体结构中什么是纵向构件，什么是横向构件？它们对船体总纵强度的贡献有何不同？13划分船体四类纵向构件的依据是什么？结合船体的舯剖面图指出第1至第4类纵向构件的实际应用。14船体结构相当于一根“空心梁”，其总纵强度的计算方法与普通实心梁不同。其中必须考虑的两个特殊问题是什么？

3、15何谓“等值梁”？在计算船体总纵弯曲正应力的过程中，之所以要逐步近似的主要原因是什么？16船体总纵强度校核时，应如何选择计算剖面的数目及位置？17船体总纵强度计算中，对船体纵构件（纵桁、纵骨及船体板）稳定性的一般要求是什么？18计算船体不同部位纵骨的临界应力时，究竟采用“简单板架”还是“单跨压杆”的力学模型主要取决于什么因素？19甲板横梁的“临界刚度”与“必需刚度”的含义有何不同？为了保证甲板纵骨的稳定性，横梁的设计一定要使之达到“临界刚度”吗？20说明船体纵骨的欧拉应力计算公式：中各字母的含义；当按此公式计算出的值超过材料的比例极限时，应如何对所得结果进行非弹性修正？21为什么船体板的临界

4、应力可以简单地取为欧拉应力，而不做非弹性修正？在计算板的时，为什么要区分纵式骨架和横式骨架？22船体板的失稳不同于“孤立板”，其主要特点表现在哪些方面？23怎样计算纵式构架中不同部位船体板的减缩系数？24在船体底部板架弯曲的静力计算中，如何确定纵桁的“承载宽度”和“带板宽度”？25说明船体局部弯曲正应力、和的含义，并比较它们的力学计算模型。26在计算船体底部外板的局部弯曲正应力时，为什么要首先进行板的刚性判别？是否船体板都属于刚性板（绝对刚性板）？27在计算船底外板的局部弯曲正应力与稳定性时，对板的边界约束条件取法有何不同？28四周刚固定的矩形板在均布载荷作用下，其最大弯曲正应力发生于何处？为

5、什么对纵式骨架的船底外板进行总合正应力计算时，只取板格的中心点与短边中点？29试说明在船体的一个舱段范围之内，正应力、和沿纵向和垂向分别如何变化？30采用“薄壁梁”理论计算弯曲剪应力的基本原理是什么，包括哪些主要步骤？31在船体横剖面内，最大的总纵弯曲正应力与剪应力分别发生在何处？32为什么船体总纵强度校核内容需要包括极限弯矩？船体舯剖面的极限弯矩主要与哪些因素有关？33举例说明“负面积法”在船体总纵强度计算（的高次近似或极限弯矩计算）中的应用。34对于不同性质（不变、缓变和迅变）的载荷，怎样选取相应的？目前造船界的做法如何？35在船体结构的局部强度计算中，对于外部构件和内部构件，分别需要考虑

6、哪些主要载荷？36在船体结构的局部强度计算中，对于露天甲板、内底板，分别需要考虑哪些主要载荷？37在纵骨架式的船体底部板架局部强度计算中，怎样选取主向梁和交叉构件？如何才能相对准确地确定该板架的边界条件。38描述弹性固定端的“柔性系数”和“力偶固定系数”的各自含义是什么？一般情况下，二者之间是否存在着固定的转换关系？39举例说明：在船体结构的局部强度计算中，如何应用“相对刚度分析”来合理地简化计算构件的边界条件？40船体局部强度计算中，选择不同许用应力的主要依据是什么？41何谓“纵式构架”与“横式构架”？在船体结构设计中采用“纵式构架”的主要目的是什么？42若船体总纵强度满足要求，能否保证其局

7、部强度也自然满足？为什么局部强度计算的应力不与总纵强度计算中的应力（、和）相迭加？43对于军船和海船而言，为什么其底部和上甲板骨架的设计通常采用纵式构架？44横舱壁在船舶设计中起什么作用？45在船体横舱壁上加设的支条通常取作垂向布置，其主要目的是什么？46在上层建筑与主船体连接处相互作用的垂向力和水平剪力，它们对上层建筑的单独作用效果有何不同？47上层建筑参与船体总纵弯曲的程度主要取决于哪些因素？48简述关于上层建筑参与总纵弯曲计算的“组合杆”理论的基本原理。通常在什么情况下需要采用这一理论？49何谓“剪切滞后”现象，为什么上层建筑参与总纵弯曲的计算应考虑“剪切滞后”的影响？50何谓“强力上建

8、”与“轻型上建”，对于这两类上层建筑的结构设计，应分别注意什么问题？51应力集中现象的主要特点是什么？结合船体结构举例说明实际中可采用哪些结构措施来降低应力集中。52如果需要在船体甲板上开一个尺寸一定的矩形孔，那么可以考虑采取哪些措施来降低应力集中？53说明上层建筑端部在其与主船体相连接处产生应力集中现象的原因。海洋平台强度部分54海洋环境载荷主要包括哪些载荷？它们各有何特点？55在海洋平台的强度计算中，选用不同波浪理论的主要依据是什么？56根据什么原则将海洋工程结构物划分为大尺度构件和小尺度构件，它们所受的波浪载荷成分有何不同？57说明下列计及结构物运动的Morison公式中各字母的含义：又

9、若结构物为固定立柱，则该公式如何简化？58Morison公式中的拖曳系数的物理意义是什么，其数值主要与哪些因素有关？59如何应用“F-K法”计算作用于大尺度构件上的波浪力？60试依据功能关系导出流冰对直立桩柱撞击力的计算公式。61解释链端刚度系数的含义。若已知锚链链态的任意两个独立参数（此外，锚链的为已知量），能否确定出的数值？62结合计算框图说明，如何应用牛顿迭代法来确定系泊平台在已知外力作用下的平衡位置。63在自升式平台的强度校核计算中，如何对环境载荷(风、浪、流)进行搜索？其主要目的是什么？64自升式平台的结构主要由哪几部分组成，该类平台结构的薄弱环节是什么？65对于具有桁架式桩腿的自升

10、式平台，在总体强度分析和桩腿局部强度分析中，桩腿的模型化有何不同？66分析自升式钻井平台在正常作业和拖航等不同工况下，所受环境载荷的差异。67对半潜式平台进行总体强度校核时，通常需考虑哪些主要工况？为什么要选择多种计算工况来进行强度校核？68半潜式平台的结构可分为哪几部分，其中哪一部分是平台结构的薄弱环节。69圆柱壳构件的整体稳定性与局部稳定性问题有何不同？70海洋平台总体强度分析中通常采用“设计波法”或“设计谱法”，二者的主要区别是什么？71简要说明“设计谱法”中，如何对结构物的响应进行短期和长期统计预报。72在导管架平台应力分析中，通常引入”等效桩”的概念。描述等效桩的主要参数有哪些？所谓

11、”等效”是指等效桩与实际桩基在什么方面二者彼此相同。73在导管架平台的运输和吊装过程中，高应力构件分别是什么？74怎样理解节点在海洋平台强度中的重要地位？75什么是简单管节点？由撑杆和弦杆连接形成的T型管节点，其应力分布有何特点？76“冲剪破坏”经历的3个不同阶段是什么？撑杆和弦杆最终是如何被破坏的？77通常用于管节点静强度计算的两种主要方法是什么？78说明“S-N曲线”的含义。为什么选用该曲线的试验资料进行疲劳分析计算时要特别慎重？船舶与海洋工程结构物强度 练习题船舶强度部分1. 设某船船长为，船体部分的重量为，其重心位于船舯后 x处。若该船体重量分布可由图1所示梯形曲线表示，其中艏、舯和艉

12、处三剖面的重量集度分别为 cW/L，bW/L和aW/L。试证明： a4bc6 acxg/L2. 试按静力等效原则，分别将图2所示的局部重量在相应的理论分段内均布。(1) 均布重量，其重量集度为，分布长度为，重心位置以距离表示。(2) 梯形分布重量，三剖面处的分布集度分别为、和。3. 长方形浮码头，长 20m，宽 5m，深 3m，空载时吃水为 1m (淡水)。当其中部 8m范围内承受均布载荷时，吃水增加至 2m。假定浮码头船体重量沿其长度方向均布。试绘出该载荷条件下的浮力曲线、载荷曲线、剪力曲线和弯矩曲线，并求出最大剪力和最大弯矩值。4. 长方形货驳长10m，均匀装载正浮于静水中。若假定货驳自重

13、沿船长均匀分布，且在货驳中央处加一集中载荷100kN，如图4所示。试绘出其载荷、剪力和弯矩曲线。5. 长方形驳船，长50m，宽10m，高6m，如图5所示正浮于静水中。已知自重沿船长均布，其集度为200kN/m，在甲板中部向首、尾各10m的范围内堆放了500kN/m的均布荷重。(1) 试绘出静水中的载荷、剪力和弯矩曲线，并求船舯处的弯矩值。(2) 若船体静置于一波高3m，波长50m的正弦波中，试计算当波峰位于船舯时的波浪附加弯矩和合成弯矩。水的比重取为10kN/m3。6. 某箱型船长 100m，宽 18m，在淡水中正浮时吃水为 5m。假定船体重量沿船长均匀分布。兹将一质量为 150t的物体置于艉

14、端处。(1) 求船体平衡时的平均吃水和纵倾角。(2) 计算船体的最大剪力和最大弯矩值。7. 如图7所示，长度为L的长方形货驳，其自身重量沿船长均匀分布。当船舯前方的/2范围内堆放单位长度重量为的货物时，为保持船体在水中的正浮状态，问在船艉处所加的集中载？并绘出相应的剪力和弯矩图，标明最大剪力和弯矩的数值。8. 长度为40m的长方形货驳，其自身重量沿船长均匀分布。设船体中部的/2范围内堆放单位长度重量为O的货物，如图8所示。若假想将上述货物全部集中于船舯处，则船舯静水弯矩（绝对值）会相应增大 250kN-m。(1) 确定上述货载集度O？(2) 绘出该船原来在静水中的载荷、剪力和弯矩图，并标明最大

15、剪力和弯矩的数值。9. 长度为40m的长方形驳船，其自重沿船长均布。在尾部/4范围内均匀堆放了重量为50KN的散货。欲使该船仍保持水中正浮状态，并且尾部/4 范围内的船体剪力和弯矩皆为零，如图9所示。(1) 应该在舯前方何处加一个多大重量的压载(视压载为集中重量)，即求图中集中力 P=?距离a=？(2) 绘出该情况下的载荷、剪力和弯矩图，并求最大弯矩的数值和相应的剖面位置。10. 船舯横剖面如图10所示，其内底高h与型深H之比H2/7，最小剖面模数为。又已知点和点的总纵弯曲正应力(第一近似)之比为 1:3。若剖面弯矩为，求图中、各点的总纵弯曲正应力。11某船舯横剖面如图11所示，型深 5.6m

16、。已知在总纵弯曲正应力的第一近似计算中，剖面计算弯矩(波峰位于船舯)为50000KN-m，甲板和外底板的正应力分别为 80N/mm2， 60N/mm2。求剖面的中和轴位置，全剖面的惯性矩和最小剖面模数min。12. 某船舯剖面设计如图12所示，其几何特性如下：全剖面面积5000cm2，中和轴距基线高度6m，剖面惯性矩30000cm2-m2，甲板剖面模数6000cm2-m。因加工装配时发生差错，误将上下甲板的纵桁互相调换 (即上甲板装配了4根截面积各为215cm2的小纵桁，而下甲板装配了4根截面积各为125cm2的大纵桁)。若已知型深11m，两层甲板的间距2.5m，试计算实际的甲板剖面模数

17、9;d。13. 某船舯半剖面如图13所示。其中上甲板为异种材料，与基本材料的弹性模量之比':1:3，其面积'120cm2 (自身惯性矩可忽略不计)。型深6m。在图示坐标系o-yz下，除板之外的半剖面要素如下：面积1960cm2，对轴的静矩1120cm2-m，二次矩15140cm2-m2。又已知该剖面的中拱弯矩54000kN-m，试计算板的实际总弯曲正应力？14. 参考图14，设两构件的形心分别为1和2，其距离为，已知各构件的面积分别为1和2，对各自形心轴 (平行oy)的惯性矩分别为1和2。证明该组合剖面对其形心轴的惯性矩为：JJ1 +J2 +d2 /(F11 +F21)15.

18、计算图15所示的船舷纵骨的欧拉应力和临界应力。已知：板厚0.6cm，纵骨为#10球缘扁钢，纵骨间距33cm，纵骨跨长150cm。钢的弹性模量20000kN/cm2，其屈服极限35kN/cm2。16. 计算图16所示的船舷纵桁的腹板和面板的欧拉应力。已知腹板宽125cm，厚10.5cm；面板宽26cm，厚20.8cm。横骨架间距150cm。17. 对图17所示的甲板板架，计算：(1) 使纵骨的临界应力时的横梁的必需惯性矩。(2) 使横梁可作为纵骨刚性支座时的横梁的临界惯性矩cr 。已知：船体舱段长度7.5m，甲板板架宽13m，横梁间距1.5m，纵骨间距0.3m。设横梁两端的固定系数0及0.35。

19、又给出包含附连翼板的纵骨横截面积为35.15cm2，惯性矩为524cm4。钢的弹性模量20000kN/cm2，其屈服极限35kN/cm2。18. 图18所示的纵式构架甲板，纵骨间距600mm，板厚6mm。已知在总纵强度第一近似计算中，甲板板的100N/mm2，试计算：(1) 板的折减系数。(2) 板应减缩掉的面积。19某船甲板为纵式构架，其舯剖面如图19所示。甲板板和的尺寸分别为 6´2100 和8´900 (即：板厚´板宽，单位 mm)。型深7m，内底高2m，纵骨间距60cm。在总纵弯曲正应力的第一近似计算中，已知中垂状态时的内底板和外底板的正应力分别为25N/

20、m m2，75N/mm2。求：(1) 甲板板的总纵弯曲正应力(2) 甲板板和的减缩系数 和(3) 甲板板的被减缩掉面积，即非工作面积 (按半剖面计算)20. 对某船舯舱段进行总强度校核，其剖面如图20所示，其中6.3m，0.9m。已知40N/mm2，60N/mm2。假定可按两端刚固定的单跨梁进行简化计算，计算出舱壁 处的10N/mm2，10N/mm2。又给定许用应力120N/mm2，144N/mm2。试校核舱壁及跨中剖面处、三点的总和正应力。21. 如图21所示对某船舯舱段进行总纵强度校核。设型深6.3m，舱段长7.5m，横骨架间距1.5m，船底板架宽9.6m，龙骨间距o1.6m。纵骨间距0.

21、32m，纵骨为#12球缘扁钢。内、外底板厚均为0.8cm。中央龙骨腹板尺寸为 90cm×0.8cm，其上面有2根均布的纵骨。舱内固定重物的重量为700kN，水的比重10kN/m3。(1) 中拱状态。假定构件无一失稳。已求得内、外底板中面的总弯曲正应力分别为-4kN/cm2和-6kN/cm2，舱段内波面最大高度5.34m。试计算上甲板、内底板中面和外底板中面的总合正应力。(2) 中垂状态。假定亦无构件失稳。舱段内波面最大高度0.82m，且已知中垂与中拱状态的舯剖面波浪弯矩之比为-1.1: 1，问上述构件的总合正应力如何变化？22. 根据图22所示的船体结构和已知的部分正应力数据，按四类

22、纵向构件的应力成分特性，完成下述中拱状态的构件应力合成表。计算点及其所在的剖面位置234总合a: 舱壁处,中央龙骨下缘外板中面6b: 舱段跨中处,中央龙骨下缘外板中面1.5c: 舱壁处,中央龙骨的纵骨外板中面2d: 舱段跨中处,龙骨的纵骨外板外表面1e: 上甲板8.5注： 1) 表中应力单位为 kN/cm2 2) 假定底部板架弯曲正应力可按两端刚固定的单跨梁计算23. 某船舯剖面如图23所示。设型深为，全剖面面积为。则中和轴距基线高度为0.4，剖面对中和轴的惯性矩为0.114082 。若在中拱极限弯矩校核中，仅内底板失稳。设内底板距基线高度为0.2，其面积为0.05。已知内底板的欧拉应力0.2

23、，其中为钢材的屈服极限。试计算：(1) 内底板的减缩系数。(2) 剖面的中拱极限弯矩与FH之比是多少？24. 某船舯横剖面如图24所示，型深5.6m，全剖面面积4000cm2，甲板横梁间距150cm，纵骨间距40cm。已知在总纵弯曲正应力的第一近似计算中，剖面计算弯矩(波峰位于船舯)为50000KN-m，甲板和外底板的正应力分别为80N/mm2，60N/mm2。(1) 求剖面的中和轴位置，全剖面的惯性矩和最小剖面模数min。(2) 中垂极限弯矩校核中，仅号甲板板失稳(该板尺寸为6mm×2000mm)。设船体钢材的屈服极限 s 240N/mm2。问：剖面中和轴将如何移动？极限剖面模数S

24、是多少？这里只要求作一次近似计算即可。25. 某船体舯剖面等值梁草图如图25所示。型深5.2m，甲板横梁间距150cm，纵骨间距40cm，号上甲板尺寸为6×2000 (即：板厚´板宽，单位 mm)，图中焊缝距甲板纵桁200mm。已知第一近似中和轴位置距基线高2.3m，等值梁全剖面面积1=4000cm2，对中和轴惯性矩119200cm2m2。设在中垂极限弯矩校核中，仅号甲板板失稳。船体钢材的屈服极限240N/mm2。 试计算：(1) 号甲板板的减缩系数1(2) 号甲板板的被减缩掉面积(即非工作面积)1(3) 舯剖面的中垂极限剖面模数S(4) 舯剖面的中垂极限弯矩J26. 图2

25、6所示一个对称的三跨铰支连续梁，仅中跨承受均布载。已知每个边跨的长度为 ，截面惯性矩为 ；中跨的长度为 ，截面惯性矩为 。(1) 若将两个边跨简化为中跨梁的弹性固定端，证明：力偶固定系数，其中柔性系数（为弹性模量）(2) 根据上述结果说明，在什么情况下两个边跨可以视作中跨梁的刚性固定端。【附】10号球缘扁钢截面特性数据：，12号球缘扁钢截面特性数据：，海洋平台强度部分27. 定常海流中的固定立拄如图27所示。已知水域深度为，水的密度为，拄长，直径，无因次的曳力系数为D，惯性系数为M，海流速度在水面处的值为o，且沿深度线性递减至零。(1) 按Morison公式确定海流对立拄作用的合力大小及力线位

26、置。(2) 立拄横断面内的最大剪力和弯矩是多少？28. 应用“F-K法”计算作用于图28所示水下长方形潜体的水平绕射力H的大小和方向。已知潜体长，宽，高；水域深度，入射波为Airy波，其波高为，频率，波数，入射方向与潜体棱长L方向的夹角为；水平绕射系数为H 。29. 图29所示水域深度为，位于水底的一个长方形潜体长为2，宽为，高为。入射波为Airy波，波高为，波长为，频率为。当入射波沿x轴正向或y轴正向传播时，作用于潜体的水平波浪力的幅值分别记作和，并假定在本问题中水平绕射系数为一定值。(1) 求比值:？(2) 当波长为何值时，？(3) 当波浪相对潜体怎样位置时，相应时刻作用于潜体上的水平波浪

27、力恰好为零？30. 某锚链的断裂强度b 3000kN，水中单位长度的锚链重量1kN/m，工作水深200m，若取链的安全系数3，求此锚链所能提供的最大回复力？相应的悬垂段长度？31. 某锚链平台可以简化为如图31所示的2根左右对称的锚链系泊。已知1kN/m，100m，初始状态下2根锚链的悬垂段长度皆为300m，(1) 计算单根锚链的链端刚度xx ？(2) 当平台在悬垂平面内水平向右移动1m时，锚链对平台提供的回复力的数值大约是多少？32. 矩形平台长80m，宽60m，由4根锚链系泊如图5所示，方向角60o。工作水深200m。设锚链在水中的单位长度重量1kN/m，各锚链在图32所示状态下的预张力(

28、上链端张力)皆为1000kN。(1) 计算各锚链的链态参数：，H，V以及链端刚度系数xx 。(2) 若平台运动的参考点取在其中心处，试确定锚泊系统的刚度矩阵C。练习题附图 (1) (2) bbb bacqacaxgL LLLL 第1题图第2题图 PL/2 L/2LB 第3题图第4题图qPq 2l LL 第5题图第7题图q0 Qa PL P= q0L/2 L 第8题图 第9题图 abH Hhc 第10题图 第11题图 f1z df2H y HH/2e 第12题图 第13题图 z dy第14题图 第15题图第16题图 k2ab B1 k1 L 第17题图 第18题图 a Hb b hcc第19题图

29、 第20题图HbB0 B/2 第21题图 ea b c da cb d第22题图 H 0.4H0.2H第23题图 aHeb第24题图He第25题图qzul0 ll0h0第26题图 第27题图z dH hhyy Ba0x0xL2a第28题图第29题图y h B 0xL第31题图 第32题图部分练习题答案或提示（仅供参考）2. (2) 可按负面积法计算图形的静矩5. (2) 波面方程：，若原点取在船艉 波浪附加剪力、弯矩Nmax =±1194kN，Mmax =19000kN-m 船舯合成弯矩M舯=(-3750019000)kN-m=-18500kN-m6. (2) 若原点取在船艉，则q(

30、x)=60.09x，Tf/m，(0£x£100m) N(x)=1.5(100x)(10.03x)，M(x)=1.5x(100x)2，Mmax =2222Tf-m (距艉L/3处)7. b= 0.75qo，P=0.25qoL，Mmax =qoL2/24 (距艉L/3处)8. (1) 由，得(kN/m)9. (1) 由正浮和尾部区域条件，得， (2) ，11. 中和轴距基线，或距甲板；，12. 实际的A'=A=5000cm2，B'=-100cm2-m，C'= 29250cm2-m2，甲板剖面模数W'd =5826cm2-m13. I=30000c

31、m2-m2，e=-0.5m，板的实际总弯曲正应力 '1=1/3=2.1kN/cm2 15. be=16.5cm，i=285.5cm4 若按A=f+bt，则E =88.10kN/cm2 ；若按A=f+bet，则E =135.2kN/cm2 17. 由1=0及2 =0.35，查图得=3.28。又0 =2Ei/a2A=130.8kN/cm2 (1) 令cr=s ，查图得E =2.5s Þ=0.4，=0.67 由=0.67及k =5，查图得j ()=0.12 横梁的必需惯性矩I=(/)4(B1/a)3(B1/b)ij ()=1690cm4 (2) 令=1，由E =0 =130.8kN

32、/cm2 及 s =35kN/cm2 查图得 cr = 1.0s Þ = 0.268 由=1及k =5，查图得j ()=0.364 横梁的临界惯性矩Icr =(/)4(B1/a)3(B1/b)ij ()=3440cm418. (1) 板的折减系数=0.8 (2) 板应减缩掉的面积A=14.4cm219. (1) 按线性分布，可得 (2) ，；， (3) ，21. (1) 龙骨剖面惯性矩I=52.90cm2-m2，总载荷Q=524.1kN 纵骨剖面惯性矩I=610cm4，总载荷Q=25.63kN 上甲板a：总合 =1a =8kN/cm2 舱壁处 内底板中面b：总合 =(-41.393)kN/cm2 =-2.607kN/cm2 外底板中面c：总合 =(-61.393)kN/cm2 =-7.393k